CO2 · VOC · KNX · Вентиляция · 8 мин чтения

Датчики CO2 и VOC для управления вентиляцией через KNX

Концентрация CO2 — самый надежный показатель потребности в вентиляции от присутствия людей. При 400 ppm на улице и 1000 ppm как пороге ухудшения, диапазон между этими значениями напрямую задает скорость вентилятора в системе KNX. В этом руководстве рассматриваются технологии датчиков, интеграция с KNX, логика управления вентиляцией, автоматизация окон и вопрос отключения автокалибровки ABC.

CO2 и VOC — два разных измерения

Датчики CO2 и VOC измеряют принципиально разные вещи и используются для разных целей управления вентиляцией. Понимание различий важно перед выбором продукта или проектированием стратегии вентиляции KNX.

CO2 — углекислый газ

Технология измерения: NDIR (недисперсионный инфракрасный) — измеряет поглощение ИК-света на длине волны, специфичной для CO2
Что обнаруживает: продукт метаболизма человека (выдыхаемый воздух) — прямо пропорционально количеству людей и уровню активности
Точность: типично ±50 ppm, долгий срок калибровки (5–10 лет)
Лучшее применение: управление вентиляцией по потребности (DCV) на основе присутствия
Ограничение: не обнаруживает химические загрязнители (краска, чистящие средства)

VOC — летучие органические соединения

Технология измерения: металлооксидный полупроводник (MOS) — изменение сопротивления в присутствии окисляющих/восстанавливающих газов
Что обнаруживает: испарения краски, чистящие средства, формальдегид, запахи готовки, клей — события химического загрязнения воздуха
Точность: относительный индекс (не абсолютные ppm), перекрестная чувствительность к влажности
Лучшее применение: обнаружение событий загрязнения воздуха — запуск импульсной вентиляции
Ограничение: не дает надежных показаний о присутствии людей — нельзя использовать для DCV

Рекомендация: для вентиляции по occupancy используйте только CO2. Для комплексного контроля качества воздуха — особенно на кухнях, в лабораториях или недавно отремонтированных помещениях — используйте комбинированный датчик CO2+VOC, например Elsner CARMA KNX-S, который передает оба показателя на отдельные KNX групповые адреса.

Референсные уровни CO2

Следующие уровни CO2 используются как пороги в логике управления вентиляцией KNX. EN 13779 устанавливает максимум 1200 ppm сверх уличного фона для офисов (категория IDA 2). Во многих проектах сейчас ориентируются на 800 ppm и ниже как комфортный стандарт.

Уровень CO2	Качество воздуха	Действие вентиляции	Примечание по нормативам
400 ppm	Уличный / свежий воздух	Без действий — минимальная скорость вентилятора	Типичный уличный фон
600 ppm	Отличный внутренний	Минимальная вентиляция — 10–20% мощности	Превышает категорию IDA 1 (лучшая)
800 ppm	Хорошо — включить вентиляцию	Включите вентиляцию — вентилятор на 30–50%	Граница IDA 1/2
1000 ppm	Приемлемо — усильте вентиляцию	Увеличьте вентилятор до 60–80%	Предел IDA 2 (EN 13779 для офисов)
1200 ppm	Плохо — максимум для офисов	Максимальная скорость вентилятора 100%	Предел EN 13779 IDA 3
1500 ppm	Требуется действие	Откройте окна + вентилятор на максимум + сигнал тревоги	Превышает большинство строительных норм ЕС
2000 ppm и выше	Очень плохо	По возможности покиньте помещение + максимальная вентиляция	Снижает когнитивные способности (исследования показывают снижение на 15–25%)

Сравнение продуктов KNX

Продукт	Диапазон CO₂	Точность CO₂	Питание от шины	Дополнительные датчики	Выходы DPT для HVAC
MDT SCA-CO2.01	0–5000 ppm	±(50ppm + 3%)	Да — на DIN-рейку	Температура, влажность	DPT 9.001 (ppm), DPT 5.001 (0–100%), DPT 1.005 (тревога)
Elsner CARMA KNX-S	0–5000 ppm	±50ppm	Да — настенный монтаж	VOC, температура, влажность, освещённость, присутствие	DPT 9.001, DPT 5.001, DPT 1.001 (присутствие), DPT 9.004 (освещённость)
Siemens QPA2060	0–2000 ppm	±(40ppm + 3%)	Да — на DIN-рейку	Температура	DPT 9.001 (ppm), DPT 5.001 (потребность в вентиляции)

Групповые объекты KNX для CO₂

Групповой объект	DPT	Направление	Описание
Значение CO2 в ppm	DPT 9.001	Отправить	Измеренный CO2 в частях на миллион (2-байтовое число с плавающей запятой). Используется для визуализации и в качестве входа для логических блоков.
Тревога по CO2	DPT 1.005	Отправить	1 = превышен порог CO2 (настраивается в ETS, например 1200 ppm); 0 = ниже порога
Процент CO2	DPT 5.001	Отправить	CO2, отображённый на диапазон 0–100% настроенного диапазона — используется как аналоговый задатчик для контроллера фанкойла
Потребность в вентиляции	DPT 5.001	Отправить	Расчётная потребность в вентиляции 0–100% на основе уровня CO2 — напрямую управляет выходной скоростью вентилятора
Индекс VOC	DPT 9.001	Отправить	Уровень VOC в виде относительного индекса или эквивалента CO2 (eCO2) — формат зависит от продукта
Тревога по VOC	DPT 1.005	Отправить	1 = превышен порог VOC; запускает логику импульсной вентиляции

Логика управления вентиляцией

Стандартная реализация линейно отображает значение CO2 в ppm на процент скорости вентилятора (DPT 5.001 = 0–100%). Датчик KNX выдает либо сырое значение ppm (требуется логический блок для преобразования), либо предварительно рассчитанное значение потребности в вентиляции DPT 5.001, которое можно напрямую подключить к групповому адресу контроллера фанкойла.

Пропорциональное отображение CO2 → скорость вентилятора

CO2 sensor GA 2/1/1 (DPT 9.001, ppm) → KNX logic block → Fan coil GA 2/2/1 (DPT 5.001, %)

Breakpoint mapping (linear interpolation):
  400 ppm  →  0%  fan speed  (outdoor/fresh air — ventilation off)
  600 ppm  → 10%  fan speed  (minimum flow — fresh air maintain)
  800 ppm  → 30%  fan speed  (ventilation on)
 1000 ppm  → 60%  fan speed  (increased demand)
 1200 ppm  → 100% fan speed  (maximum — EN 13779 limit)

Hysteresis:
  Fan switches ON  when CO2 rises above 700ppm
  Fan returns to minimum when CO2 drops below 600ppm for 5 minutes
  (prevents rapid cycling near the setpoint boundary)

Example at 900ppm:
  Interpolate between 800ppm(30%) and 1000ppm(60%):
  900ppm = 30% + ((900-800)/(1000-800)) × (60%-30%) = 30% + 15% = 45% fan

Внутренняя потребность в вентиляции MDT SCA-CO2.01

Датчик MDT SCA-CO2.01 может самостоятельно рассчитывать и передавать значение потребности в вентиляции (DPT 5.001, 0–100%) без внешнего логического блока. Настройте минимальный и максимальный уровни CO₂, а также кривую выходного сигнала в параметрах ETS. Затем это значение привязывается к групповому адресу фанкойла — дополнительные логические модули не нужны.

Способы интеграции с системой вентиляции

Сигнал потребности в вентиляции на основе CO₂ может поступать к оборудованию HVAC разными путями в зависимости от доступной техники.

KNX → Modbus шлюз → тепловой насос / приточная установка

Значение CO₂ в ppm или потребность в вентиляции (DPT 5.001) от датчика KNX → Modbus шлюз (например, MDT SCN-MBG.02) → Modbus регистр на тепловом насосе Nibe, приточной установке Daikin и т.п. Modbus регистр сопоставляется с уставкой вентиляции или скоростью вентилятора.

KNX → аналоговый выход DALI (0-10 В) → двигатель вентилятора

Шлюз KNX-DALI с аналоговыми выходами может преобразовать DPT 5.001 в управляющий сигнал 0–10 В. Этот сигнал напрямую управляет скоростным вентилятором или частотным преобразователем для крупных фанкойлов. Наиболее экономичное решение для одно zone-ных вентиляторов.

KNX → исполнительное устройство → моторизованная воздушная заслонка

Сигнал тревоги по CO₂ (DPT 1.005) или уровень CO₂ запускает KNX-исполнительное устройство, подключенное к моторизованной заслонке (Belimo, Siemens). Простое включение/выключение или ступенчатая вентиляция — подходит для зональных систем VAV.

Автоматизация окон по CO₂

В помещениях с естественной вентиляцией уровень CO₂ может управлять автоматическим открытием окон через KNX-приводы. Требуется тщательный гистерезис, чтобы избежать частого открытия/закрытия окон при колебаниях CO₂ около порога.

Логика автоматизации окон — триггер по CO₂

Sensor:   MDT SCA-CO2.01 → GA 2/1/1 (DPT 9.001, CO2 ppm)

Open condition:
  CO2 > 1000ppm for 3 minutes (debounce timer)
  AND outdoor temperature > 10°C (weather station input)
  AND rain sensor = dry (Elsner P04 rain input)
  → Send 30% position to Geze E300N chain actuator (DPT 5.001)

Close condition:
  CO2 < 700ppm sustained for 10 minutes (hysteresis timer)
  → Send 0% position (fully closed) to Geze E300N

Override:
  Manual push-button (DPT 1.001) → disable automation for 2 hours
  Wind speed > 8m/s (Elsner P04) → force close regardless of CO2

Всегда включайте блокировки по метеостанции (дождь, ветер, температура) в логику автоматизации окон. Триггер по CO₂, открывающий окна во время дождя или шторма, приведет к повреждению водой или жалобам на шум. Метеостанция Elsner P04 KNX предоставляет все необходимые блокировки в одном KNX-устройстве.

Автокалибровка ABC — когда отключать

Большинство NDIR CO₂-датчиков используют автокалибровку ABC (Automatic Baseline Calibration). Алгоритм отслеживает минимальное показание CO₂ за скользящее окно 7–14 дней и предполагает, что этот минимум соответствует свежему наружному воздуху (примерно 400–420 ppm). Базовый уровень датчика периодически корректируется до этого предполагаемого минимума, компенсируя долговременный дрейф.

Оставляйте ABC включенным, если

• Помещение пустует хотя бы несколько часов в неделю (офисы, школы)
• Окна или приточная вентиляция снижают уровень CO₂ до уличного в нерабочее время
• Датчик находится в нормально вентилируемом жилом или коммерческом помещении
• Желательна долговременная коррекция дрейфа без ручной калибровки

Отключайте ABC, если

• Помещение занято круглосуточно 7 дней в неделю (больничная палата, гостиничный номер)
• Окна никогда не открываются, используется только механическая вентиляция
• Минимальный уровень CO2 за 7 дней не опускается до 400 ppm (помещение всегда занято)
• Результат: ABC принимает высокий CO2 за базовый уровень → датчик показывает заниженные значения → вентиляция включается реже, чем нужно

Отключение ABC в датчике MDT SCA-CO2.01

In the ETS parameter set, navigate to CO2 sensor parameters → Calibration → set ABC mode to "Disabled". When ABC is disabled, perform manual field calibration: place the sensor in fresh outdoor air (or a well-ventilated unoccupied space) for 30 minutes, then trigger the calibration command via the ETS diagnostic interface. Recalibrate every 2–3 years.

Связанные руководства

Датчики KNX

KNX датчики присутствия и движения: PIR, СВЧ и двойная технология